stm32入门教程——iic通讯

iic通讯基础知识

I2C（Inter-Integrated Circuit）协议是一种串行通信协议，它允许多个设备通过两条线（一个串行数据线SDA和一个串行时钟线SCL）进行通信。这种协议由飞利浦半导体（现在的恩智浦半导体）开发，广泛应用于集成电路之间的数据传输。

以下是STM32微控制器中I2C协议的一些主要特性和概念：

1. **多主模式功能**：STM32F429微控制器支持多主模式，意味着同一接口可以用作主设备或从设备。

2. **寻址方式**：支持7位或10位设备地址，以及广播呼叫的生成和检测。

3. **通信速度**：支持不同的通信速度，包括标准速度（高达100 kHz）和快速速度（高达400 kHz）。

4. **状态标志**：包括发送/接收模式标志、字节传输结束标志和I2C忙碌标志。

5. **错误标志**：包括主模式下的仲裁丢失、地址/数据传输完成后的应答失败、检测误放的起始位和停止位、禁止时钟延长后出现的上溢/下溢等。

6. **DMA功能**：带DMA功能的1字节缓冲，可以减轻微控制器（MCU）的工作负担。

7. **兼容性**：兼容SMBus2.0和PMBus协议。

在STM32微控制器中，I2C协议的物理层特点包括：

- 支持设备的总线，允许多个I2C设备共享同一总线。
- 仅使用两条总线线路：SDA和SCL。
- 每个设备都有一个独立的地址，用于主机访问。
- 总线通过上拉电阻接到电源，当所有设备空闲时，总线保持高电平。
- 多个主机同时使用总线时，会通过仲裁方式决定哪个设备占用总线。
- 具有三种传输模式：标准模式、快速模式和高速模式。

协议层定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。I2C的通讯过程包括起始信号、发送设备地址、传输方向选择位、数据传输、应答信号、停止信号等步骤。

STM32的I2C外设可以作为通讯的主机和从机，支持100Kbit/s和400Kbit/s的速率，支持7位和10位设备地址，支持DMA数据传输，并具有数据校验功能。此外，STM32的I2C外设还支持SMBus2.0协议。

在实际应用中，STM32的I2C硬件结构包括通讯引脚、时钟控制逻辑、数据控制逻辑和整体控制逻辑。通过配置相应的寄存器，可以控制I2C的通讯速率、地址、数据传输方向等参数。

在STM32F407微控制器上使用I2C接口驱动EEPROM设备，通常涉及以下步骤：

1. **硬件连接**：确保EEPROM的SDA（数据线）和SCL（时钟线）分别连接到STM32F407的对应I2C引脚上。同时，需要为SDA线配置上拉电阻。

2. **I2C初始化**：配置STM32F407的I2C接口，设置正确的时钟速率、地址模式（7位或10位地址）、主从模式等。

3. **EEPROM地址配置**：根据EEPROM的数据手册，配置EEPROM的设备地址。例如，如果使用的是AT24C64，并且其A0、A1、A2引脚都接地，则设备地址为0xA0（写操作）或0xA1（读操作）。

4. **读写函数实现**：
   - **写入数据**：首先发送起始信号，然后发送EEPROM的写地址，接着发送要写入的数据，最后发送停止信号。
   - **读取数据**：发送起始信号，发送EEPROM的读地址，然后接收数据，最后发送非应答信号（NACK）和停止信号。

5. **错误处理**：在读写操作中，需要检查EEPROM的应答信号（ACK），如果没有收到ACK，可能需要重新尝试操作或处理错误。

6. **等待EEPROM就绪**：在进行写操作后，EEPROM可能需要一段时间来完成写入。在这段时间内，对EEPROM的任何操作都会失败。因此，通常需要实现一个等待EEPROM就绪的函数。

以下是一个简单的代码示例，展示了如何使用STM32F407的I2C接口向EEPROM写入和读取数据：

```c
#include "stm32f4xx_hal.h"

// 假设使用I2C1接口，EEPROM地址为0xA0（写）和0xA1（读）
#define EEPROM_I2C_ADDR_WRITE 0xA0
#define EEPROM_I2C_ADDR_READ  0xA1

// I2C初始化函数（需要根据实际情况配置）
void EEPROM_I2C_Init(void) {
    // 初始化I2C接口，设置时钟速率等
    // ...
}

// 向EEPROM写入一个字节的数据
HAL_StatusTypeDef EEPROM_WriteByte(uint8_t address, uint8_t data) {
    HAL_StatusTypeDef status;
    uint8_t tx_data[2] = {address, data};
    
    status = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, EEPROM_I2C_ADDR_WRITE, tx_data, 2, 100);
    return status;
}

// 从EEPROM读取一个字节的数据
HAL_StatusTypeDef EEPROM_ReadByte(uint8_t address, uint8_t *data) {
    HAL_StatusTypeDef status;
    uint8_t rx_data;
    
    status = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, EEPROM_I2C_ADDR_READ, address, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &rx_data, 1, 100);
    *data = rx_data;
    return status;
}

// 等待EEPROM就绪
uint8_t EEPROM_WaitReady(void) {
    // 实现等待EEPROM就绪的逻辑
    // ...
    return 1; // 返回1表示就绪，0表示未就绪
}

// 示例：向EEPROM写入数据，然后读取回来
int main(void) {
    uint8_t write_data = 0x55; // 要写入的数据
    uint8_t read_data;
    
    EEPROM_I2C_Init(); // 初始化I2C接口
    
    // 写入数据
    if (EEPROM_WriteByte(0x00, write_data) == HAL_OK) {
        // 等待EEPROM完成写入
        while (!EEPROM_WaitReady());
        
        // 读取数据
        if (EEPROM_ReadByte(0x00, &read_data) == HAL_OK) {
            // 检查读取的数据是否正确
            if (read_data == write_data) {
                // 数据正确
            } else {
                // 数据错误
            }
        }
    }
    
    // 其他代码...
}
```

请注意，上述代码仅为示例，实际使用时需要根据具体的硬件配置和EEPROM型号进行相应的调整。特别是在实现`EEPROM_WaitReady`函数时，需要根据EEPROM的数据手册来正确处理写入后的等待时间。此外，HAL库函数`HAL_I2C_Mem_Write`和`HAL_I2C_Mem_Read`是STM32 HAL库提供的I2C内存读写函数，它们简化了I2C通信的复杂性。